Az aszteroida pszichéjének hihetetlen új térképei a fém és a rock ősi világát tárják fel

Az MIT csillagászai és másutt feltérképezték a Psyche kisbolygó összetételét, fémből, homokból és sziklából álló felszínt tárva fel. Köszönetnyilvánítás: képernyőkép a NASA-tól

A Psyche aszteroida változatos felszíne dinamikus történelmet sugall, amely magában foglalhat ásványi kitöréseket, aszteroida-megrázó hatásokat és egy hiányzó sziklás köpenyt.

Később ebben az évbenÉs a[{” attribute=””>NASA is set to launch a probe the size of a tennis court to the asteroid belt, a region between the orbits of Mars and Jupiter where remnants of the early solar system orbit the sun. Once within the asteroid belt, the spacecraft will zero in on Psyche, a large, metal-rich asteroid that is thought to be the ancient core of an early planet. The probe, named after its asteroid target, will then spend close to two years orbiting and analyzing Psyche’s surface for clues to how early planetary bodies evolved.

Ahead of the mission, which is led by principal investigator Lindy Elkins-Tanton ’87, SM ’87, PhD ’02, planetary scientists at MIT and elsewhere have now provided a sneak peek of what the Psyche spacecraft might see when it reaches its destination.

In a paper published on June 15, 2022, in the Journal of Geophysical Research: Planets, the planetary science team presents the most detailed maps of the asteroid’s surface properties to date, based on observations taken by a large array of ground telescopes in northern Chile. The maps reveal vast metal-rich regions sweeping across the asteroid’s surface, along with a large depression that appears to have a different surface texture between the interior and its rim; this difference could reflect a crater filled with finer sand and rimmed with rockier materials.

This illustration, updated in April 2022, depicts NASA’s Psyche spacecraft. Set to launch in August 2022, the Psyche mission will explore a metal-rich asteroid of the same name that lies in the main asteroid belt between Mars and Jupiter. The spacecraft will arrive in early 2026 and orbit the asteroid – also shown in this illustration – for nearly two years to investigate its composition. Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU

Overall, Psyche’s surface was found to be surprisingly varied in its properties.

The new maps hint at the asteroid’s history. Its rocky regions could be vestiges of an ancient mantle — similar in composition to the rocky outermost layer of Earth, Mars, and the asteroid Vesta — or the imprint of past impacts by space rocks. Finally, craters that contain metallic material support the idea proposed by previous studies that the asteroid may have experienced early eruptions of metallic lava as its ancient core cooled.

“Psyche’s surface is very heterogeneous,” says lead author Saverio Cambioni, the Crosby Distinguished Postdoctoral Fellow in MIT’s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS). “It’s an evolved surface, and these maps confirm that metal-rich asteroids are interesting, enigmatic worlds. It’s another reason to look forward to the Psyche mission going to the asteroid.”

Cambioni’s co-authors are Katherine de Kleer, assistant professor of planetary science and astronomy at Caltech, and Michael Shepard, professor of environmental, geographical, and geological sciences at Bloomsburg University.

Telescope Power

The surface of Psyche has been a focus of numerous previous mapping efforts. Researchers have observed the asteroid using various telescopes to measure light emitted from the asteroid at infrared wavelengths, which carry information about Psyche’s surface composition. However, these studies could not spatially resolve variations in composition over the surface.

Cambioni and his colleagues instead were able to see Psyche in finer detail, at a resolution of about 20 miles per pixel, using the combined power of the 66 radio antennas of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in northern Chile. Each antenna of ALMA measures light emitted from an object at millimeter wavelengths, within a range that is sensitive to temperature and certain electrical properties of surface materials.

“The signals of the ALMA antennas can be combined into a synthetic signal that’s equivalent to a telescope with a diameter of 16 kilometers (10 miles),” de Kleer says. “The larger the telescope, the higher the resolution.”

On June 19, 2019, ALMA focused its entire array on Psyche as it orbited and rotated within the asteroid belt. De Kleer collected data during this period and converted it into a map of thermal emissions across the asteroid’s surface, which the team reported in a 2021 study. Those same data were used by Shepard to produce the most recent high-resolution 3D shape model of Psyche, also published in 2021.

A bal oldalon ez a térkép a Psyche felszíni jellemzőit mutatja, a homokos (lila/alacsony) területektől a sziklás (sárga/magas) területekig. A jobb oldali térkép a Psyche ásványi anyagainak bőségét mutatja, az alacsonytól (lila) a magasig (sárga).

hogy utolérje a meccset

Az új tanulmányban Cambioni Psyche szimulációkat futtatott, hogy kiderítse, mely felületi tulajdonságok felelhetnek meg a legjobban, és megmagyarázza a mért hőkibocsátást. A több száz szimulált forgatókönyv mindegyikében feltérképezte az aszteroida felszínét különböző anyagok kombinációival, például különböző ásványianyag-tartalmú régiókkal. Modellezte az aszteroida forgását, és megmérte, hogy az aszteroidán lévő szimulált anyagok hogyan bocsátanak ki hőt. Campione ezután olyan szimulált kibocsátásokat keresett, amelyek a legjobban megfeleltek az ALMA által mért tényleges kibocsátásoknak. Ez a forgatókönyv szerinte felfedi az aszteroida felszíni anyagának legvalószínűbb térképét.

„Ezeket a szimulációkat régiónként futtattuk, amíg meg nem tudtuk azonosítani a felületi tulajdonságok közötti különbségeket” – mondja Campione.

A tanulmány részletes térképeket készített a Psyche felszíni tulajdonságairól, amelyek azt mutatják, hogy az aszteroida határfelületét valószínűleg sokféle anyag borítja. A kutatók hangsúlyozták, hogy a Psyche felszíne általában gazdag ásványi anyagokban, de az ásványi anyagok és szilikátok bősége a felületétől függően változik. Ez további utalás lehet arra, hogy az aszteroida kialakulásának korai szakaszában szilikátban gazdag köpeny lehetett, amely azóta eltűnt.

Azt is megállapították, hogy ahogy az aszteroida keringett, egy nagy mélyedés – valószínűleg egy kráter – alján lévő anyag sokkal gyorsabban változtatta a hőmérsékletet, mint a szélén lévő anyag. Ez azt jelzi, hogy a kráter alját finom szemcsés anyagú „medencék” borítják, például homok a talajon, amelyek gyorsan felmelegszenek, míg a kráter szélei lassabb, melegebb sziklás anyagból állnak.

„Finom szemcsés anyagú tavakat láttak kis aszteroidákon, gravitációjuk elég kicsi ahhoz, hogy a felületet megrázó sokkok finomabb anyagok aggregálódását okozzák” – mondja Campione. „De a Psyche egy nagy test, így ha finom szemcsés anyag halmozódik fel a mélyedés alján, az meglehetősen érdekes és titokzatos.”

„Ezek az adatok azt mutatják, hogy a Psyche felszíne heterogén, összetételében jelentős különbségek vannak” – mondja Simone Marchi, a Southwest Research Institute tudósa és a NASA Psyche küldetésének társkutatója, aki nem vett részt a jelenlegi tanulmányban. „A Psyche küldetésének egyik elsődleges célja az aszteroida felszínének összetételének tanulmányozása gamma-sugarak, neutronspektrométer és színes képalkotó segítségével. Tehát a kompozíciós gének lehetséges jelenlétét a pszichológiai csapat szívesen tanulmányozza tovább. „

Hivatkozás: „Az aszteroida (16) psziché heterogén felszíne”, Saverio Campione, Catherine de Clare és Michael Shepherd, 2022. május 19., elérhető itt. Journal of Geophysical Research: Planets.
DOI: 10.1029/2021JE007091

Ezt a kutatást az EAPS Crosby Distinguished Post Doctoral Fellowship és részben a Heising-Simons Alapítvány támogatta.